MESURE DE CARACTERISTIQUES VELOCIMETRIQUES OU VIBROMETRIQUES UTILISANT UN DISPOSITIF DE TYPE LIDAR A DETECTION HETERODYNE La présente invention concerne la mesure de caractéristiques vélocimétriques ou vibrométriques en utilisant un dispositif de type LIDAR à détection hétérodyne, aussi appelé LIDAR cohérent. Elle concerne un procédé ainsi qu'un dispositif pour effectuer une telle mesure. The present invention relates to the measurement of velocimetric or vibrometric characteristics using a LIDAR device with heterodyne detection, also called coherent LIDAR. It relates to a method and a device for performing such a measurement.
Les dispositifs de type LIDAR, pour «Llght Detection And Ranging» en anglais, sont très utilisés pour de nombreuses applications de détection et de mesure. Parmi ces applications, on peut citer la mesure de vitesses anémométriques, l'étude d'écoulements fluides, l'étude de phénomènes vibratoires, la mesure de vitesses de véhicules, des applications du domaine 1 o du transport aérien, etc. Leur fonctionnement consiste à émettre une onde optique cohérente en direction d'un volume-cible où est situé un objet ou un phénomène à étudier, et à recueillir une partie de cette onde qui est diffusée à partir du volume-cible. Dans un dispositif LIDAR cohérent, la partie recueillie de l'onde diffusée est soumise à une détection hétérodyne. La mesure de vitesse 15 est déduite d'un décalage Doppler qui est mesuré dans un signal de la détection hétérodyne. Toutefois, l'onde diffusée qui est recueillie peut provenir non seulement de l'objet qui est situé dans le volume-cible, vers lequel le dispositif LIDAR est pointé, mais aussi d'objets qui sont extérieurs au volume-cible et qui ont aussi 20 une capacité significative à diffuser l'onde optique. Par exemple, pour une mesure anémométrique, l'onde est diffusée par des gouttelettes ou des poussières qui se trouvent dans le volume-cible et qui sont entraînées par le vent, mais un nuage qui est situé au-delà du volume-cible peut avoir une capacité de diffusion optique très supérieure aux gouttelettes et poussières du 25 volume-cible. Dans ce cas, la présence du nuage à l'arrière-plan, avec éventuellement une vitesse de déplacement du nuage, peut gêner ou empêcher la détection de la partie d'onde qui est diffusée par le contenu du volume-cible. Une situation comparable est celle de la mesure de vitesse d'un 2952722 -2- écoulement fluide lorsqu'une paroi en arrière-plan produit elle-même une diffusion ou une réflexion importante de l'onde qui est émise par le dispositif LIDAR. Les dispositifs LIDAR pour lesquels le système d'émission de l'onde 5 optique est séparé d'un système de réception de l'onde diffusée permettent de sélectionner le volume-cible par rapport à l'arrière-plan. Les deux systèmes d'émission et de réception sont chacun orientés vers le volume-cible, si bien que celui-ci est sélectionné par rapport à l'arrière-plan, à l'intersection des directions de pointage respectives du système d'émission et du système de réception. Toutefois, de tels dispositifs LIDAR, dits bistatiques, nécessitent d'être installés avec précision pour sélectionner le volume-cible voulu, avec une distance de séparation entre les systèmes d'émission et de réception qui soit suffisante. Ils sont donc mal adaptés pour être utilisés à bord d'un véhicule ou d'un aéronef, notamment. Le plus souvent, ils peuvent difficilement être déplacés à cause de leur structure en plusieurs parties séparées. Enfin, les dispositifs LIDAR bistatiques sont mal appropriés pour réaliser une cartographie de la vitesse mesurée, en variant le volume-cible à l'intérieur d'un volume d'analyse beaucoup plus vaste. Les dispositifs LIDAR monostatiques, pour lesquels les systèmes d'émission et de réception d'onde sont réunis, ne présentent pas ces inconvénients. Autrement dit, ils peuvent facilement être déplacés et utilisés à bord de véhicules et d'aéronefs. Par contre, les mesures de vitesse qui sont obtenues avec de tels dispositifs monostatiques peuvent être perturbées et empêchées par un élément diffusant qui est situé dans la direction de pointage, en arrière ou en avant du volume-cible, même si l'éloignement du volume-cible est pris en compte dans la détection hétérodyne. En outre, un dispositif LIDAR monostatique permet de réaliser facilement une cartographie de vitesse mesurée, en variant la direction de pointage du dispositif pour balayer un champ d'analyse. LIDAR devices, for Llght Detection And Ranging, are widely used for many detection and measurement applications. These applications include the measurement of airspeeds, the study of fluid flows, the study of vibration phenomena, the measurement of vehicle speeds, applications in the field 1 o air transport, etc. Their operation consists in emitting a coherent optical wave in the direction of a target volume where an object or a phenomenon to be studied is located, and in collecting a part of this wave which is diffused from the target volume. In a coherent LIDAR device, the collected portion of the scattered wave is subjected to heterodyne detection. The velocity measurement is deduced from a Doppler shift which is measured in a heterodyne detection signal. However, the scattered wave that is collected can come not only from the object that is located in the target volume, to which the LIDAR device is pointed, but also from objects that are outside the target volume and that also have 20 a significant ability to broadcast the optical wave. For example, for an anemometric measurement, the wave is scattered by droplets or dust that are in the target volume and are driven by the wind, but a cloud that is located beyond the target volume may have an optical diffusion capacity much higher than the droplets and dust of the target volume. In this case, the presence of the cloud in the background, possibly with a speed of movement of the cloud, may hinder or prevent the detection of the portion of the wave that is scattered by the content of the target volume. A comparable situation is that of measuring the velocity of a fluid flow when a wall in the background itself produces a significant diffusion or reflection of the wave that is emitted by the LIDAR device. LIDAR devices for which the optical wave transmission system is separated from a broadcast wave receiving system allow the target volume to be selected from the background. The two transmitting and receiving systems are each oriented towards the target volume, so that it is selected with respect to the background, at the intersection of the respective pointing directions of the transmission system and reception system. However, such LIDAR devices, called bistatic devices, need to be accurately installed to select the desired target volume, with a separation distance between the transmission and reception systems that is sufficient. They are therefore poorly suited for use on board a vehicle or an aircraft, in particular. Most often, they can hardly be moved because of their structure in several separate parts. Finally, bistatic LIDAR devices are poorly suited to perform a mapping of the measured speed, by varying the target volume within a much larger volume of analysis. Monostatic LIDAR devices, for which the wave transmission and reception systems are combined, do not have these disadvantages. In other words, they can easily be moved and used in vehicles and aircraft. On the other hand, velocity measurements obtained with such monostatic devices can be disturbed and prevented by a scattering element which is located in the pointing direction, behind or in front of the target volume, even if the distance from the volume Target is taken into account in heterodyne detection. In addition, a monostatic LIDAR device makes it easy to perform a measured speed map, by varying the pointing direction of the device to scan a field of analysis.
Pour sélectionner la partie utile du signal de détection hétérodyne qui contient l'information de mesure, par rapport à la partie du même signal de détection hétérodyne qui ne provient pas de l'objet étudié, il est connu de 2952722 -3- répéter l'acquisition du signal hétérodyne, d'analyser séparément les signaux de détection hétérodyne qui sont obtenus à chaque répétition, et de cumuler tous les résultats de ces analyses. Une telle accumulation consiste le plus souvent à additionner les résultats des analyses spectrales. Elle permet de 5 séparer l'information de mesure qui concerne l'objet étudié lorsque cette information est constante, par rapport à un bruit d'arrière-plan qui est variable ou incohérent. Néanmoins, un tel traitement ne permet pas de distinguer entre deux objets qui sont situés dans la direction de pointage du dispositif LIDAR monostatique, et qui ont chacun une vitesse de déplacement sensiblement 10 constante. Enfin, il est aussi connu d'effectuer une détection synchrone de la partie d'onde qui est diffusée, pour la distinguer de contributions au signal détecté qui sont indépendantes de l'onde optique émise. Dans ces conditions, un premier but de l'invention est de fournir des 15 mesures de vitesse en utilisant un dispositif de type LIDAR monostatique à détection hétérodyne, qui ne présentent pas les inconvénients précédents. Un second but de l'invention est que de telles mesures puissent être réalisées en utilisant des dispositifs LIDAR existant avant la présente invention, en modifiant peu et facilement ces dispositifs et leur utilisation. 20 En particulier, l'invention a pour but de mesurer des vitesses avec une sélectivité du volume-cible par rapport à l'avant-plan et à l'arrière-plan dans la direction de pointage, qui soit améliorée. Notamment, une telle sélectivité améliorée est recherchée pour réaliser des cartographies de mesures. Enfin, un autre but de l'invention est de permettre des mesures avec un 25 dispositif LIDAR qui soit peu encombrant, et dont la masse n'est pas augmentée significativement par rapport aux dispositifs existants. Pour atteindre ces objectifs et d'autres, l'invention propose un procédé de mesure d'une caractéristique vélocimétrique ou vibrométrique qui utilise un dispositif de type LIDAR à détection hétérodyne, dans lequel un signal 30 d'émission d'onde optique est produit en direction d'un volume-cible à partir d'une tête optique du dispositif, et un signal rétrodiffusé est recueilli à travers cette même tête optique, puis est détecté par détection hétérodyne de façon à 2952722 -4- produire un signal de détection hétérodyne. Autrement dit, le dispositif LIDAR qui est utilisé est du type LIDAR cohérent monostatique. Le procédé comprend en outre les étapes suivantes pour un cycle de mesure : 5 /1/ produire une modulation d'une caractéristique de phase de l'onde optique dans le signal d'émission, telle qu'une modulation de fréquence ou une modulation de phase ; /2/ démoduler le signal de détection hétérodyne par rapport à la modulation de la caractéristique de phase, en compensant un retard de 1 o propagation du signal d'émission et du signal rétrodiffusé entre la tête optique du dispositif et le volume-cible ; /3/ combiner une analyse spectrale du signal de détection hétérodyne démodulé avec une accumulation pour des fenêtres temporelles successives de découpage, de façon à isoler une contribution au signal 15 de détection hétérodyne qui provient du volume-cible ; et /4/ obtenir un résultat de la mesure de caractéristique vélocimétrique ou vibrométrique, à partir d'une analyse d'effet Doppler de la contribution isolée à l'étape /3/, De plus, dans un procédé qui est conforme à l'invention : 20 - la modulation est obtenue en décalant la caractéristique de phase de l'onde optique pendant des créneaux temporels successifs de modulation («successive modulation time-slots» en anglais), conformément à un pas d'incrément fixe qui est multiplié par des facteurs multiplicatifs q respectivement affectés aux créneaux 25 temporels de modulation ; - les facteurs multiplicatifs q sont égaux à ap[n], où : n est un nombre entier qui est supérieur ou égal à quatre, et qui est constant pendant le cycle de mesure, a est un autre nombre entier, qui est aussi constant pendant le cycle 30 de mesure, 2952722 -5- p est un facteur de puissance entier qui est positif ou nul, strictement inférieur à n-1, et avec des valeurs variables qui sont affectées respectivement aux créneaux temporels de modulation, ap[n] désigne la réduction de ap modulo n, et 5 a est choisi tel que a[n] soit différent de zéro et de l'unité. Lorsque que la caractéristique de phase qui est décalée selon l'invention est la fréquence f de l'onde optique du signal d'émission, les décalages de celle-ci pendant les créneaux temporels successifs de modulation sont Af = Afo x q, Afo étant l'incrément fixe de fréquence. 1 o Alternativement, lorsque l'invention est appliquée à la phase initiale du signal d'émission, Lcp = ~cpo x q sont les décalages de la phase initiale de l'onde optique du signal d'émission, Acpo étant l'incrément fixe de phase initiale. Un procédé selon l'invention comporte donc les avantages qui sont procurés par un dispositif LIDAR monostatique à détection hétérodyne. 15 II comporte aussi les avantages qui sont procurés par l'accumulation de résultats d'analyse ou de détection, notamment pour séparer l'information qui est utile pour la mesure par rapport à un bruit variable et incohérent qui est aussi détecté pendant le cycle de mesure. En outre, l'application à la caractéristique de phase de l'onde optique, 20 de décalages qui varient d'un créneau temporel au suivant, améliore la résolution spatiale le long de la direction de pointage du dispositif monostatique. Typiquement, l'invention procure une résolution spatiale de mesure, le long de la direction de pointage, qui est de l'ordre de C x Tmoa / 2, où C est la vitesse de propagation de l'onde optique, et Tmoa est la durée 25 individuelle des créneaux temporels de modulation correspondant aux facteurs multiplicatifs q successifs. L'invention est encore améliorée dans sa facilité de mise en oeuvre et/ou dans sa capacité à améliorer la résolution spatiale qui est obtenue, en utilisant l'un et/ou l'autre des perfectionnements suivants : 30 - les facteurs multiplicatifs q des créneaux temporels successifs de modulation peuvent former une séquence qui est répétée -6-périodiquement pendant le cycle de mesure ; les facteurs multiplicatifs q successifs peuvent comprendre au moins trois valeurs différentes, et de préférence au moins cent valeurs différentes ; - le nombre n peut être un nombre premier («prime number» en anglais) ; et - le nombre entier a peut être une racine primitive («primitive root» en anglais) du groupe-quotient multiplicatif (Z/nZ)* («quotient-group (Z/nZ)* under multiplication» en anglais), où Z est l'anneau des 1 o nombres entiers relatifs, * indique que la valeur zéro est exclue, les facteurs multiplicatifs q étant alors n-1 valeurs distinctes pour p variant de 0 à n-2. Des mises en oeuvre de l'invention qui sont particulièrement préférées sont obtenues lorsque n est un nombre premier de l'ordre de quelques 15 centaines, et a est l'une des racines primitives du groupe-quotient multiplicatif (Z/nZ)*. Dans des premiers modes de mise en oeuvre de l'invention, la caractéristique de phase de l'onde optique qui est décalée peut être une fréquence de cette onde optique, de façon à réaliser une modulation de 20 fréquence. Dans ce cas, la durée individuelle des créneaux temporels de modulation est inférieure ou égale à la durée individuelle des fenêtres temporelles de découpage. L'étape /3/ comprend alors les sous-étapes suivantes : /3-1/ analyser spectralement le signal de détection hétérodyne démodulé 25 à l'intérieur d'une fenêtre temporelle de découpage, de façon à obtenir un résultat d'analyse spectrale pour cette fenêtre temporelle ; et /3-2/ répéter la sous-étape /3-1/ pour plusieurs fenêtres temporelles successives de découpage, et accumuler les résultats d'analyse spectrale qui ont été obtenus respectivement pour ces fenêtres 30 temporelles, la contribution au signal de détection hétérodyne qui provient du volume-cible étant prépondérante dans cette accumulation. 2952722 -7- Dans des seconds modes de mise en oeuvre de l'invention, la caractéristique de phase de l'onde optique qui est décalée peut être une phase initiale de cette onde optique, de façon à réaliser une modulation de phase. Selon une première possibilité pour une telle modulation de la phase, 5 la durée individuelle des créneaux temporels de modulation peut être inférieure ou égale à la durée individuelle des fenêtres temporelles de découpage. Dans ce cas, l'étape /3/ peut comprendre les sous-étapes suivantes : /3-1/ analyser spectralement le signal de détection hétérodyne démodulé à l'intérieur d'une fenêtre temporelle de découpage, de façon à obtenir 1 o un résultat d'analyse spectrale pour cette fenêtre temporelle ; et /3-2/ répéter la sous-étape /3-1/ pour plusieurs fenêtres temporelles successives de découpage, et accumuler les résultats d'analyse spectrale qui ont été obtenus respectivement pour ces fenêtres temporelles, la contribution au signal de détection hétérodyne qui 15 provient du volume-cible étant prépondérante dans cette accumulation. Selon une seconde possibilité pour la modulation de phase, la durée individuelle des créneaux temporels de modulation peut être supérieure ou égale à la durée individuelle des fenêtres temporelles de découpage. Dans ce cas, l'étape /3/ peut comprendre les sous-étapes suivantes : 20 /3-1/ accumuler des segments du signal de détection hétérodyne démodulé qui correspondent à des fenêtres temporelles successives de découpage, pendant les créneaux temporels successifs de modulation de sorte que la contribution au signal de détection hétérodyne qui provient du volume-cible soit accumulée de façon 25 constructive ; et /3-2/ analyser spectralement un résultat de l'accumulation. Enfin et d'une façon générale, l'invention est compatible avec l'utilisation d'un dispositif LIDAR qui est adapté pour produire un signal d'émission continu ou par impulsions. 30 L'invention propose aussi un dispositif LIDAR à détection hétérodyne, qui est du type monostatique et adapté pour effectuer des mesures 2952722 -8- vélocimétriques ou vibrométriques, et qui comprend en plus par rapport à des dispositifs existants : - un modulateur de phase, qui est disposé pour moduler au moins un signal de source de l'émission d'onde optique ; 5 - une unité de commande, qui est reliée à une entrée de commande du modulateur de phase, et qui est adaptée pour commander un fonctionnement de ce modulateur pour mettre en oeuvre un procédé tel que décrit précédemment ; et - des moyens de compensation d'un retard de propagation du signal 1 o d'émission et du signal rétrodiffusé entre la tête optique et le volume-cible. Un tel dispositif LIDAR selon l'invention peut être facilement obtenu en modifiant ou en programmant de façon appropriée un dispositif connu antérieurement. 15 D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - les figures 1a et 2b montrent deux architectures de dispositifs LIDAR avec lesquelles l'invention peut être mise en oeuvre ; 20 - les figures 2a et 2b sont deux diagrammes qui montrent un résultat d'analyse de signal rétrodiffusé pour un premier mode de mise en oeuvre de l'invention ; et - les figures 3a et 3b correspondent respectivement aux figures 2a et 2b pour un second mode de mise en oeuvre de l'invention. 25 Dans les figures 1 a et 1 b, des éléments qui sont désignés par des références identiques sont eux-mêmes identiques ou ont des fonctions qui sont identiques. En outre, les références suivantes désignent les composants qui sont indiqués ci-après, et qui sont utilisés de la même façon que dans un dispositif LIDAR à détection hétérodyne, de type monostatique, tel que connu 30 avant la présente invention : -9- 100 : le dispositif LIDAR à détection hétérodyne dans son ensemble ; 1 un oscillateur laser, qui est adapté pour produire une onde optique OL; 2 : un séparateur optique, qui est disposé pour diviser l'onde optique OL en un signal de source d'émission SSE et un signal de référence SRef ; 3 un amplificateur optique, qui est adapté pour produire un signal d'émission SE à partir du signal de source d'émission SSE ; 11 une unité de mélange-détection («mixing and detection unit») ; 12 : une tête optique, qui est adaptée pour transmettre le signal d'émission SE en direction d'un volume-cible et pour recevoir un signal rétrodiffusé R ; et 20 : des moyens d'analyse. En outre, D désigne une direction de pointage du dispositif 100, qui est fixée par l'orientation de la tête optique 12. V est le volume-cible dans lequel se trouve l'objet dont une caractéristique vélocimétrique ou vibrométrique est recherchée. Par conséquent, la direction de pointage D est orientée vers le volume-cible V. Une source parasite de rétrodiffusion P peut être située à une distance quelconque de la tête optique 12 le long de la direction de pointage D, au delà du volume-cible V ou entre le volume-cible V et cette tête optique 12. Dans ces conditions, le signal rétrodiffusé R qui est recueilli par la tête optique 12 comprend une première contribution RV qui est produite par l'objet situé dans le volume-cible V, et au moins une seconde contribution RP qui est produite par la source parasite de rétrodiffusion P. Dans la suite, la contribution RV est appelée contribution utile, et la contribution RP est appelée contribution parasite. L'oscillateur laser 1, le séparateur optique 2 et l'amplificateur 3 peuvent appartenir à une unité laser d'émission 10, qui produit le signal d'émission SE. To select the useful part of the heterodyne detection signal which contains the measurement information, with respect to the part of the same heterodyne detection signal which does not come from the studied object, it is known to repeat the acquisition of the heterodyne signal, to separately analyze the heterodyne detection signals that are obtained at each repetition, and to cumulate all the results of these analyzes. Such an accumulation most often consists in adding the results of the spectral analyzes. It makes it possible to separate the measurement information that concerns the object under study when this information is constant, with respect to a background noise that is variable or incoherent. Nevertheless, such processing does not distinguish between two objects which are located in the pointing direction of the monostatic LIDAR device, and which each have a substantially constant speed of movement. Finally, it is also known to perform a synchronous detection of the portion of wave that is diffused, to distinguish it from contributions to the detected signal which are independent of the transmitted optical wave. Under these conditions, a first object of the invention is to provide speed measurements using a heterodyne-type monostatic LIDAR type device, which do not have the above disadvantages. A second object of the invention is that such measurements can be made using existing LIDAR devices prior to the present invention, by modifying these devices little and easily and their use. In particular, the object of the invention is to measure speeds with a selectivity of the target volume relative to the foreground and the background in the pointing direction, which is improved. In particular, such improved selectivity is sought for making measurements mappings. Finally, another object of the invention is to allow measurements with a LIDAR device which is compact and whose mass is not significantly increased compared to existing devices. To achieve these and other objects, the invention provides a method of measuring a velocimetric or vibrometric characteristic that uses a heterodyne-type LIDAR-type device, in which an optical waveform transmission signal is generated in a directing a target volume from an optical head of the device, and a backscattered signal is collected through the same optical head, and is detected by heterodyne detection so as to produce a heterodyne detection signal. In other words, the LIDAR device that is used is of the monostatic coherent LIDAR type. The method further comprises the following steps for a measurement cycle: 5/1 / producing a modulation of a phase characteristic of the optical wave in the transmission signal, such as a frequency modulation or a modulation of phase; / 2 / demodulating the heterodyne detection signal with respect to the modulation of the phase characteristic, by compensating for a propagation delay of the transmission signal and the backscattered signal between the optical head of the device and the target volume; / 3 / combining a spectral analysis of the demodulated heterodyne detection signal with an accumulation for successive time slots of cutting, so as to isolate a contribution to the heterodyne detection signal which comes from the target volume; and / 4 / obtaining a result of the velocimetric or vibrometric characteristic measurement, from a Doppler effect analysis of the isolated contribution at step / 3 /, In addition, in a method which is in accordance with invention: modulation is obtained by shifting the phase characteristic of the optical wave during successive modulation time slots, in accordance with a fixed increment step which is multiplied by multiplicative factors q respectively assigned to modulation time slots; - the multiplicative factors q are equal to ap [n], where: n is an integer which is greater than or equal to four, and which is constant during the measurement cycle, a is another integer, which is also constant during the measurement cycle 29, p is an integer power factor which is positive or zero, strictly less than n-1, and with variable values which are respectively assigned to the modulation time slots, ap [n] designates the reduction of ap modulo n, and 5 a is chosen such that a [n] is different from zero and the unit. When the phase characteristic which is shifted according to the invention is the frequency f of the optical wave of the emission signal, the shifts thereof during the successive time slots of modulation are Af = Afo xq, Afo being the fixed frequency increment. 1 o Alternatively, when the invention is applied to the initial phase of the transmission signal, Lcp = ~ cpo xq are the offsets of the initial phase of the optical wave of the transmission signal, Acpo being the fixed increment of initial stage. A method according to the invention therefore comprises the advantages that are provided by a monodatic LIDAR device with heterodyne detection. It also has the advantages that are provided by the accumulation of analysis or detection results, in particular for separating the information which is useful for the measurement with respect to a variable and incoherent noise which is also detected during the test cycle. measured. In addition, the application to the phase characteristic of the optical wave, shifts that vary from one time slot to the next, improves the spatial resolution along the pointing direction of the monostatic device. Typically, the invention provides a spatial measurement resolution, along the pointing direction, which is of the order of C x Tmoa / 2, where C is the speed of propagation of the optical wave, and Tmoa is the the individual duration of the modulation time slots corresponding to successive multiplicative factors q. The invention is further improved in its ease of implementation and / or in its ability to improve the spatial resolution that is obtained by using one and / or the following of the following improvements: - the multiplicative factors q of the successive time slots of modulation can form a sequence which is repeated periodically during the measurement cycle; successive multiplicative factors q may comprise at least three different values, and preferably at least one hundred different values; the number n can be a prime number ("prime number" in English); and the integer a may be a primitive root of the multiplicative quotient-group (Z / nZ) * ("quotient-group (Z / nZ) * under multiplication" in English), where Z is the ring of 1 o integers, * indicates that the value zero is excluded, the multiplicative factors q being then n-1 distinct values for p varying from 0 to n-2. Particularly preferred embodiments of the invention are obtained when n is a prime number of the order of a few hundred, and a is one of the primitive roots of the multiplicative quotient-group (Z / nZ) *. In first embodiments of the invention, the phase characteristic of the optical wave which is shifted may be a frequency of this optical wave, so as to achieve a frequency modulation. In this case, the individual duration of the modulation time slots is less than or equal to the individual duration of the splitting time windows. Step / 3 / then comprises the following sub-steps: / 3-1 / spectrally analyzing the demodulated heterodyne detection signal 25 within a time slot, so as to obtain a spectral analysis result for this time window; and / 3-2 / repeat the substep / 3-1 / for several successive time slots, and accumulate the spectral analysis results which have been obtained for these time windows respectively, the contribution to the heterodyne detection signal which comes from the target volume being preponderant in this accumulation. In second embodiments of the invention, the phase characteristic of the optical wave which is shifted may be an initial phase of this optical wave, so as to achieve a phase modulation. According to a first possibility for such a modulation of the phase, the individual duration of the modulation time slots may be less than or equal to the individual duration of the time slots of the division. In this case, the step / 3 / may comprise the following sub-steps: / 3-1 / spectrally analyzing the demodulated heterodyne detection signal within a time slot, so as to obtain 1 o a spectral analysis result for this time window; and / 3-2 / repeat the substep / 3-1 / for several successive time slots, and accumulate the spectral analysis results that have been obtained for these time windows respectively, the contribution to the heterodyne detection signal which 15 comes from the target volume being preponderant in this accumulation. According to a second possibility for phase modulation, the individual duration of the modulation time slots may be greater than or equal to the individual duration of the time slots of the modulation. In this case, the step / 3 / may comprise the following substeps: 20 / 3-1 / accumulate segments of the demodulated heterodyne detection signal which correspond to successive time slots of division during the successive modulation time slots so that the contribution to the heterodyne detection signal that comes from the target volume is constructively accumulated; and / 3-2 / spectrally analyze a result of the accumulation. Finally, and in general, the invention is compatible with the use of a LIDAR device which is adapted to produce a continuous or pulsed transmission signal. The invention also proposes a heterodyne detection LIDAR device, which is of the monostatic type and adapted to perform velocimetric or vibrometric measurements, and which furthermore comprises, with respect to existing devices: a phase modulator, which is arranged to modulate at least one source signal of the optical wave emission; A control unit, which is connected to a control input of the phase modulator, and which is adapted to control an operation of this modulator to implement a method as described above; and means for compensating for a propagation delay of the transmission signal and of the backscattered signal between the optical head and the target volume. Such a LIDAR device according to the invention can be easily obtained by modifying or appropriately programming a previously known device. Other features and advantages of the present invention will appear in the following description of nonlimiting exemplary embodiments, with reference to the appended drawings, in which: FIGS. 1a and 2b show two architectures of LIDAR devices with which the invention can be implemented; FIGS. 2a and 2b are two diagrams that show a backscattered signal analysis result for a first embodiment of the invention; and FIGS. 3a and 3b respectively correspond to FIGS. 2a and 2b for a second embodiment of the invention. In Figures 1a and 1b, elements which are designated by identical references are themselves identical or have functions which are identical. In addition, the following references denote the components which are indicated below, and which are used in the same way as in a heterodyne detection LIDAR device, of the monostatic type, as known prior to the present invention: : the LIDAR device with heterodyne detection as a whole; A laser oscillator, which is adapted to produce an optical wave OL; 2: an optical splitter, which is arranged to divide the optical wave OL into a transmission source signal SSE and a reference signal SRef; An optical amplifier, which is adapted to produce an emission signal SE from the transmission source signal SSE; 11 a mixing and detection unit; 12: an optical head, which is adapted to transmit the transmission signal SE towards a target volume and to receive a backscattered signal R; and 20: analysis means. In addition, D denotes a pointing direction of the device 100, which is fixed by the orientation of the optical head 12. V is the target volume in which the object of which a velocimetric or vibrometric characteristic is sought. Therefore, the pointing direction D is oriented towards the target volume V. A parasitic backscattering source P may be located at any distance from the optical head 12 along the pointing direction D, beyond the target volume V or between the target volume V and this optical head 12. Under these conditions, the backscattered signal R which is collected by the optical head 12 comprises a first contribution RV which is produced by the object located in the target volume V, and at least one second RP contribution which is produced by the parasitic source of backscattering P. In the following, the contribution RV is called useful contribution, and the contribution RP is called parasitic contribution. The laser oscillator 1, the optical separator 2 and the amplifier 3 may belong to a transmission laser unit 10, which produces the transmission signal SE.
De façon connue et particulièrement avantageuse, chacun de ces composants peut être réalisé à partir d'au moins une fibre optique qui conduit l'onde optique 2952722 -10- OL ou les signaux SSE, SRef ou SE. De façon courante, l'onde optique OL et les signaux SSE, SRef et SE appartiennent à la bande de rayonnement électromagnétique infrarouge, pour laquelle la longueur d'onde est comprise entre 1,535 lm et 1,565 pm (micromètre). 5 L'unité de mélange-détection 11 est adaptée pour transmettre le signal d'émission SE à la tête optique 12, et pour produire un signal de détection hétérodyne SRF à partir du signal rétrodiffusé R qui est reçu par la tête optique 12 et du signal de référence Sref• Les moyens d'analyse 20 sont adaptés pour analyser le signal de 1 o détection hétérodyne SRF. D'une façon qui est couramment utilisée, ces moyens d'analyse 20 découpent le signal de détection hétérodyne SRF en segments de signal selon des fenêtres temporelles successives de découpage. Ils réalisent alors une combinaison d'opérations d'analyse spectrale et d'accumulation, ainsi qu'une analyse d'effet Doppler. 15 Le dispositif 100 peut comprendre aussi d'autres composants, d'une façon qui est usuelle pour des dispositifs LIDAR à détection hétérodyne. De tels composants ne sont pas repris dans la présente description, dans la mesure où ils n'ont pas de liaison directe avec l'objet de l'invention. En plus des composants précédents, un dispositif 100 selon l'invention 20 comprend : - un modulateur de phase 4, pour moduler au moins le signal de source d'émission SSE ; - une unité de commande 40, pour commander un fonctionnement du modulateur de phase 4 ; et 25 - des moyens de compensation d'un retard de propagation du signal d'émission SE et du signal rétrodiffusé R entre la tête optique 12 et le volume-cible V. Le modulateur de phase 4 peut comprendre une cellule de Pockels. Une telle cellule de Pockels produit un champ électrique variable à l'intérieur 30 d'un matériau actif qui est adapté pour modifier la phase d'une onde optique en fonction du champ électrique. De tels modulateurs de phase sont aussi bien -11 - connus de l'Homme du métier. Dans le dispositif 100 de la figure 1 a, le modulateur de phase 4 est disposé pour recevoir en entrée le signal de source d'émission SSE qui est produit par le séparateur optique 2, et pour transmettre en sortie le signal de source d'émission modulé à l'amplificateur optique 3. Autrement dit, le modulateur 4 est situé entre le séparateur 2 et l'amplificateur 3. Dans ce premier cas, seul le signal de source d'émission SSE comporte la modulation qui est produite par le modulateur 4. Le signal de détection hétérodyne SRF qui est produit par l'unité de mélange-détection 11 est alors démodulé avant d'être 1 o transmis aux moyens d'analyse 20. Pour cela, le dispositif comprend en outre des moyens de démodulation 5 qui sont agencés pour démoduler le signal de détection hétérodyne SRF conformément au fonctionnement du modulateur de phase 4. Les moyens de compensation du retard de propagation du signal d'émission SE et de la contribution utile RV sont agencés pour compenser ce 15 retard lors de la démodulation. Dans une réalisation avantageuse, les moyens de démodulation 5 peuvent être numériques et incorporer les moyens de compensation du retard. Dans le dispositif alternatif 100 de la figure 1 b, le modulateur de phase 4 est disposé pour recevoir en entrée l'onde optique OL qui est produite par 20 l'oscillateur laser 1, et pour transmettre en sortie cette onde optique modulée au séparateur optique 2. Autrement dit, le modulateur 4 est situé entre le l'oscillateur laser 1 et le séparateur 2. Dans ce second cas, le signal de source d'émission SSE et le signal de référence SRef sont modulés d'une façon identique. Les moyens de compensation du retard de propagation du signal 25 d'émission SE et de la contribution utile RV sont alors agencés pour retarder le signal de référence SRef qui est transmis à l'unité de mélange-détection 11. Par exemple, les moyens de compensation du retard peuvent comprendre une ligne à retard 6 qui est interposée sur la ligne de transmission du signal de référence SRef, entre le séparateur 2 et l'unité de mélange-détection 11. 30 Les deux dispositifs 100 des figures 1 a et 1 b sont équivalents vis-à-vis de l'invention, si bien que toutes les mises en oeuvre de l'invention qui sont décrites dans la suite peuvent utiliser indifféremment l'un ou l'autre de ces 2952722 -12- dispositifs. A titre d'illustration, le dispositif 100 de la figure 1 b est adopté dans la suite de cette description. Par ailleurs, l'Homme du métier sait aussi comment commander le fonctionnement du modulateur de phase 4 pour créer une modulation de 5 fréquence ou une modulation de phase de l'onde optique OL. Il est seulement rappelé que la phase d'une onde optique est de la forme 2ruf•t + cp, où f et cp sont respectivement la fréquence et la phase initiale de l'onde, et t le temps. La modulation de fréquence consiste à faire varier dans le temps la fréquence f, et la modulation de phase consiste à faire varier dans le temps la phase initiale (p. 1 o On décrit maintenant la modulation qui est introduite selon l'invention. Dans un premier temps, l'expression de caractéristique de phase désigne aussi bien la fréquence f que la phase initiale (p. La durée de détection du signal rétrodiffusé R, pour un même cycle de mesure, est divisée en créneaux temporels de modulation successifs. Cette 15 division en créneaux temporels est prévue pour la modulation du signal de source d'émission SSE. Elle est indépendante a priori du découpage de la même durée en fenêtres temporelles successives pour l'analyse du signal de détection hétérodyne SRF. La modulation est produite en décalant la caractéristique de phase 20 d'une façon qui est constante à l'intérieur de chaque créneau temporel, et qui varie d'un créneau temporel à un autre. Selon l'invention, ce décalage est multiple d'un incrément fixe, conformément à la formule suivante : A(Cphase) = A(Cphase)o x q (1) OÙ Cphase est la caractéristique de phase qui est modulée, A(Cphase) est le 25 décalage de cette caractéristique Cphase à l'intérieur de chaque créneau temporel de modulation, A(Cphase)o est l'incrément fixe et q le facteur multiplicatif qui est affecté à ce créneau temporel. En outre, selon l'invention, le facteur multiplicatif q est donné par la formule suivante : 30 q = ap[n] (2) où : n est un nombre entier qui est supérieur ou égal à quatre, 2952722 -13- a est un autre nombre entier tel que a[n] soit différent de zéro et de l'unité, et p est un facteur de puissance entier positif ou nul, strictement inférieur à n-1. 5 Les nombres n et a sont constants pendant chaque cycle de mesure. Ils peuvent être fixés définitivement par une programmation initiale de l'unité de commande 40. Le facteur de puissance p prend des valeurs qui varient pour des créneaux temporels différents. De préférence, il peut prendre toutes les valeurs 1 o entières de 0 à n-2, dans un ordre quelconque pour une série de créneaux temporels successifs. Toutefois, l'ordre croissant de ces valeurs de p : 0, puis 1, puis 2,... , jusqu'à n-2 est préféré. Eventuellement, seulement un nombre restreint de ces valeurs peuvent être utilisées pour le facteur de puissance p. Le facteur multiplicatif q et le décalage A(Cphase) varient donc en conséquence. 15 ap[n] désigne la réduction de ap modulo n. Autrement dit, le facteur multiplicatif q du décalage A(Cphase) de la caractéristique de phase est le reste d'une division euclidienne de ap par n. La valeur du facteur multiplicatif q pour chaque créneau temporel de la modulation est donc elle-même un nombre entier positif non nul. 20 D'une façon générale, le nombre entier a peut être négatif, mais il peut être sélectionné entre l'unité et n, ces deux valeurs étant exclues. Mathématiquement, les valeurs successives du facteur multiplicatif q sont les éléments d'un sous-groupe du groupe-quotient (Z/nZ)* doté de l'opération de multiplication. 25 De façon générale, un décalage A(Cphase) de la caractéristique de phase CphaSe qui a été introduit dans le signal d'émission SE, apparaît dans la contribution parasite RP avec un retard temporel, par rapport au même décalage A(Cphase) dans la contribution utile RV. Ce retard est dû à l'écart Ad entre les éloignements respectifs du volume-cible V et de la source parasite P, 30 selon la direction D. A l'inverse, un même décalage A(CphaSe) apparaît d'abord dans la contribution parasite RP si la source parasite P est située entre le dispositif 100 et le volume-cible V. Lorsque l'écart d'éloignement Ad est 2952722 -14- supérieur en valeur absolue à c x Tmod/2, où C est la vitesse de propagation du signal d'émission SE et Trima est la durée individuelle des créneaux temporels de modulation, la contribution parasite RP et le signal de référence SRef présentent entre eux, lors de la détection hétérodyne, des différences 5 successives de la caractéristique de phase Cphase qui sont variables. Il en résulte un étalement des valeurs de la caractéristique de phase Cphase qui sont relatives à la contribution parasite RP, dans l'accumulation qui est réalisée par les moyens d'analyse 20. A l'inverse, le retard de propagation de la contribution utile RV est compensé lors de la démodulation du signal de détection 1 o hétérodyne SRF (figure 1 a), ou par la ligne à retard 6 (figure 1 b). La contribution utile RV ne fait donc pas apparaître de décalage variable de la caractéristique de phase Cphase dans le signal de détection hétérodyne SRF qui est analysé, pendant tout le cycle de mesure. De cette façon, la contribution utile RV devient prépondérante dans l'accumulation qui est réalisée par les moyens 15 d'analyse 20 après une durée d'accumulation suffisante. Ainsi, la contribution utile RV peut être isolée dans le signal rétrodiffusé R, pour en déduire la vitesse du ou des objet(s) qui est (sont) situé(s) dans le volume-cible V. Cette ou ces vitesse(s) est (sont) déduite(s) en effectuant une analyse d'effet Doppler qui est bien connue de l'Homme du métier. 20 De préférence, n est un nombre premier suffisamment grand et a est une racine primitive, aussi désignée par générateur, du groupe-quotient (Z/nZ)* doté de la multiplication, dont la valeur nulle est exclue. Dans ce cas, le facteur multiplicatif q peut prendre successivement n-1 valeurs qui sont toutes différentes : a°[n]=l , al[n]=a, a2[n], ..., an-2[n]. Ces valeurs de q sont alors 25 suffisamment nombreuses pour produire un étalement efficace pour la contribution parasite RP. Cet étalement peut permettre de réduire le nombre de fenêtres temporelles successives pendant lesquelles la détection et l'analyse du signal rétrodiffusé R sont répétées, pour séparer la contribution utile RV de la contribution parasite RP. Cette séparation est efficace même si la 30 contribution parasite RP est plus beaucoup intense que la contribution utile RV. Par exemple, n peut être égal à 173 et a peut être égal à 11 ou 17, ou n peut être égal 317 et a peut encore être égal à 17. Pour les figures qui sont présentées dans la suite de cette description, et pour obtenir une illustration 2952722 -15- claire du principe de l'invention, n est pris égal à 7 et a égal à 3, 3 étant une racine primitive du groupe-quotient multiplicatif (Z/7Z)*. Les valeurs du facteur de puissance p et celles du facteur multiplicatif q forment deux séquences qui sont répétées avec une durée de période égale à 6 x Tmod. 5 En général, la durée Tmoa des créneaux temporels de la modulation est choisie de sorte que son inverse 1 /Tmoa appartienne au domaine des radiofréquences (RF). La détection hétérodyne qui est réalisée par l'unité de mélange-détection 11 comprend alors une étape de démodulation RF. Dans le premier mode de mise en oeuvre de l'invention qui est décrit 1 o maintenant, en référence aux figures 2a et 2b, la caractéristique de phase Cphase qui est modulée de la façon qui vient d'être décrite, est la fréquence f. Ainsi, l'invention introduit une modulation de fréquence pour l'onde optique du signal d'émission SE. Dans ce cas, la relation (1) devient : Af=Èfoxq (1') 15 où Afo est un incrément fixe de fréquence. Par exemple, Afo peut être de l'ordre de 10-8 x f, f étant la fréquence de l'onde optique OL qui est produite par l'oscillateur laser 1. Le diagramme de la figure 2a montre, en fonction du temps noté t, les décalages de fréquence respectifs du signal de référence SRef d'une part, de la 20 contribution utile RV au signal rétrodiffusé R qui est produite par le contenu du volume-cible V d'autre part, et de la contribution parasite RP au même signal rétrodiffusé R par ailleurs, tels que ces décalages sont synchronisés pour la détection hétérodyne. La fréquence de la contribution utile RV est modulée à chaque instant comme celle du signal de référence SRef, avec un écart AfDoppler 25 par rapport à celle-ci qui correspond à l'effet Doppler qui est provoqué par le déplacement du contenu du volume-cible V. A la différence, la fréquence de la contribution parasite RP est modulée comme le signal de référence SRef, mais avec un retard qui est égal au temps supplémentaire de propagation pour la contribution parasite RP. Ce temps supplémentaire de propagation est 30 2 x Ad/C, et est pris égal à 2•Tmod pour les figures 2a et 2b, à titre d'illustration. En outre, on a supposé pour ces figures que la contribution parasite RP ne présentait pas d'effet Doppler dû à un déplacement de la source parasite P. 2952722 -16- Néanmoins, un tel déplacement de la source parasite P ne modifie pas l'efficacité de l'invention pour isoler la contribution utile RV. Le diagramme de la figure 2b montre, encore en fonction du temps t, les fréquences de battement qui apparaissent lors de la détection hétérodyne 5 pour la contribution utile RV et pour la contribution parasite RP. Il correspond aux décalages de fréquence Af qui sont indiqués dans la figure 2a. Ces fréquences de battement correspondent à l'écart à chaque instant, entre les fréquences respectives de la contribution utile RV et du signal de référence SRef d'une part, et entre les fréquences respectives de la contribution parasite 1 o RP et du signal de référence SRef d'autre part. Elles peuvent être déterminées numériquement. Pour la contribution utile RV, la fréquence du battement est constante sur toute la durée du cycle de mesure, et est égale à Afpopp,er. Grâce à l'invention, la fréquence du battement pour la contribution parasite RP prend les valeurs -3 x Afo, -2 x Afo, - Afo, +Afo, +2 x Afo et +3 x Afo, dans un ordre qui 15 dépend de n, de a et de l'ordre des valeurs du facteur de puissance p. L'ordre des valeurs successives de la fréquence de battement pour la contribution parasite RP n'a aucune fonction d'information de mesure. Ainsi, lorsque le signal de détection hétérodyne SRF est analysé spectralement, la contribution parasite RP est dispersée sur les fréquences -3 x Afo, -2 x Afo, - Afo, +Afo, 20 +2 x Afo et +3 x Afo, alors que la contribution utile RV reste concentrée à Afoopp,er. Cette dernière apparaît donc avec une amplitude prépondérante dans le résultat de l'accumulation. Elle est isolée puis analysée de façon usuelle pour obtenir le résultat de mesure vélocimétrique ou vibrométrique. Ce mode de mise en oeuvre de l'invention par modulation de la 25 fréquence est particulièrement adapté pour mesurer une vitesse anémométrique. Il peut alors être mis en oeuvre à bord d'un aéronef, notamment pour fournir une mesure de référence de la vitesse du vent. En particulier, la vitesse du vent peut ainsi être mesurée à plus de 400 m (mètre) de l'aéronef, de sorte que l'écoulement d'air dans la portion-cible V, à l'origine 30 du résultat de la mesure, n'est pas perturbé par le déplacement de l'aéronef lui-même. Pour cela, la durée individuelle Tmoa des créneaux temporels de modulation peut être comprise entre 0,2 ps (microseconde) et 10 µs. Par exemple, Tmoa peut être prise égale à 2 µs, ce qui permet de séparer dans le 2952722 -17- signal rétrodiffusé R la contribution utile qui provient d'une distance sélectionnée par rapport à des contributions parasites qui proviennent d'autres distances, différentes de plus de 300 m par rapport à la distance sélectionnée. Dans une telle application de mesure anémométrique, les objets à 5 l'origine de la contribution utile RV sont des poussières ou des gouttelettes qui sont situées à l'intérieur du volume-cible V. Leur contribution RV au signal rétrodiffusé R peut alors être considérablement moins intense qu'une contribution parasite RP d'un nuage plus éloigné, mais qui est aussi situé dans la direction de pointage P. Grâce à l'invention, la contribution utile RV peut néanmoins être séparée et analysée pour en déduire une mesure précise de la vitesse du vent à la distance qui est sélectionnée à partir de l'aéronef. Dans les seconds modes de mise en oeuvre de l'invention qui sont décrits ci-dessous, la caractéristique de phase Cphase qui est modulée selon l'invention est la phase initiale (p. Ainsi, l'onde optique du signal d'émission SE est modulée en phase par l'invention, et la relation (1) devient : L p=A~Poxq (1") où A90 est l'incrément fixe de phase initiale. De préférence, cet incrément fixe A90 est pris égal à 2•rr/n, afin que la modulation produise un étalement maximal de la contribution parasite RP. In a known and particularly advantageous manner, each of these components can be made from at least one optical fiber which conducts the optical wave or the signals SSE, SRef or SE. Currently, the optical wave OL and the signals SSE, SRef and SE belong to the band of infrared electromagnetic radiation, for which the wavelength is between 1.535 lm and 1.565 pm (micrometer). The mixing-detecting unit 11 is adapted to transmit the transmission signal SE to the optical head 12, and to produce a heterodyne detection signal SRF from the backscattered signal R which is received by the optical head 12 and the reference signal Sref • The analysis means 20 are adapted to analyze the heterodyne detection signal SRF. In a manner that is commonly used, these analysis means 20 cut the heterodyne detection signal SRF into signal segments according to successive time slots of cutting. They then perform a combination of spectral analysis and accumulation operations, as well as a Doppler effect analysis. Device 100 may also include other components, in a manner that is customary for heterodyne detection LIDAR devices. Such components are not included in the present description, insofar as they have no direct connection with the object of the invention. In addition to the foregoing components, a device 100 according to the invention comprises: a phase modulator 4 for modulating at least the emission source signal SSE; a control unit 40 for controlling an operation of the phase modulator 4; and means for compensating a propagation delay of the transmission signal SE and the backscattered signal R between the optical head 12 and the target volume V. The phase modulator 4 may comprise a Pockels cell. Such a Pockels cell produces a variable electric field within an active material which is adapted to modify the phase of an optical wave as a function of the electric field. Such phase modulators are also known to those skilled in the art. In the device 100 of FIG. 1a, the phase modulator 4 is arranged to receive as input the SSE emission source signal which is produced by the optical separator 2, and to transmit the transmission source signal as an output. modulated to the optical amplifier 3. In other words, the modulator 4 is located between the separator 2 and the amplifier 3. In this first case, only the transmission source signal SSE comprises the modulation that is produced by the modulator 4 The heterodyne detection signal SRF which is produced by the mixing-detection unit 11 is then demodulated before being transmitted to the analysis means 20. For this, the device further comprises demodulation means 5 which are arranged to demodulate the heterodyne detection signal SRF according to the operation of the phase modulator 4. The propagation delay compensation means of the transmission signal SE and of the useful contribution RV are arranged for co mpenser this delay during the demodulation. In an advantageous embodiment, the demodulation means 5 may be digital and incorporate the delay compensation means. In the alternative device 100 of FIG. 1b, the phase modulator 4 is arranged to receive as input the optical wave OL which is produced by the laser oscillator 1, and to output this modulated optical wave to the optical separator. 2. In other words, the modulator 4 is located between the laser oscillator 1 and the separator 2. In this second case, the emission source signal SSE and the reference signal SRef are modulated in an identical manner. The means for compensating the propagation delay of the transmission signal SE and of the useful contribution RV are then arranged to delay the reference signal SRef which is transmitted to the mixing-detection unit 11. For example, the transmission means delay compensation may comprise a delay line 6 which is interposed on the transmission line of the reference signal SRef, between the separator 2 and the mixing-detection unit 11. The two devices 100 of FIGS. 1a and 1b are equivalent to the invention, so that all the implementations of the invention which are described in the following can be used indifferently to one or other of these 2952722 -12- devices. As an illustration, the device 100 of Figure 1b is adopted in the following description. Furthermore, one skilled in the art also knows how to control the operation of the phase modulator 4 to create a frequency modulation or a phase modulation of the optical wave OL. It is only recalled that the phase of an optical wave is of the form 2ruf • t + cp, where f and cp are respectively the frequency and the initial phase of the wave, and t the time. Frequency modulation consists of varying the frequency f in time, and the phase modulation consists of varying the initial phase in time (p.1) The modulation introduced according to the invention is now described. Firstly, the phase characteristic expression designates both the frequency f and the initial phase (p) The detection time of the backscattered signal R, for the same measurement cycle, is divided into successive modulation time slots. division into time slots is provided for the modulation of the SSE emission source signal, it is independent a priori of the division of the same duration into successive time windows for the analysis of the heterodyne detection signal SRF The modulation is produced by shifting the phase characteristic 20 in a manner that is constant within each time slot, and that varies from one time slot to another. ion, this offset is multiple of a fixed increment, according to the following formula: A (Cphase) = A (Cphase) oxq (1) Where Cphase is the phase characteristic that is modulated, A (Cphase) is the offset of this Cphase characteristic within each modulation time slot, A (Cphase) o is the fixed increment and q the multiplicative factor that is assigned to this time slot. In addition, according to the invention, the multiplicative factor q is given by the following formula: q = ap [n] (2) where: n is an integer which is greater than or equal to four, 2952722 -13- a another integer such that a [n] is different from zero and unity, and p is a positive or zero integer power factor, strictly less than n-1. The numbers n and a are constant during each measurement cycle. They can be fixed permanently by an initial programming of the control unit 40. The power factor p takes values that vary for different time slots. Preferably, it can take all integer values from 0 to n-2, in any order for a series of successive time slots. However, the increasing order of these values from p: 0, then 1, then 2, ..., to n-2 is preferred. Optionally, only a small number of these values can be used for the power factor p. The multiplicative factor q and the offset A (Cphase) therefore vary accordingly. 15 ap [n] denotes the reduction of ap modulo n. In other words, the multiplicative factor q of the A shift (Cphase) of the phase characteristic is the remainder of a Euclidean division of ap by n. The value of the multiplicative factor q for each time slot of the modulation is therefore itself a non-zero positive integer. In general, the integer may be negative, but it may be selected between the unit and n, these two values being excluded. Mathematically, the successive values of the multiplicative factor q are the elements of a subgroup of the quotient group (Z / nZ) * with the multiplication operation. In general, an offset A (Cphase) of the phase characteristic CphaSe which has been introduced into the transmission signal SE, appears in the parasitic contribution RP with a time delay, with respect to the same shift A (Cphase) in the useful contribution RV. This delay is due to the difference Ad between the respective distances of the target volume V and the parasitic source P, in the direction D. Conversely, the same offset A (CphaSe) appears first in the contribution parasite RP if the parasitic source P is situated between the device 100 and the target volume V. When the distance deviation Ad is greater than the absolute value at cx Tmod / 2, where C is the propagation velocity of the transmission signal SE and Trima is the individual duration of the modulation time slots, the parasitic contribution RP and the reference signal SRef have between them, during the heterodyne detection, successive differences of the phase characteristic Cphase which are variables. This results in a spreading of the values of the phase characteristic Cphase which are relative to the parasitic contribution RP, in the accumulation which is carried out by the analysis means 20. Inversely, the propagation delay of the useful contribution RV is compensated during the demodulation of the heterodyne detection signal SRF (FIG. 1 a), or by the delay line 6 (FIG. 1b). The useful contribution RV thus does not show a variable offset of the phase characteristic Cphase in the heterodyne detection signal SRF which is analyzed during the entire measurement cycle. In this way, the useful contribution RV becomes preponderant in the accumulation which is carried out by the analysis means 20 after a sufficient accumulation time. Thus, the useful contribution RV can be isolated in the backscattered signal R, to deduce the speed of the object (s) which is (are) located in the target volume V. This or these speed (s) is (are) deduced (s) by performing a Doppler effect analysis which is well known to those skilled in the art. Preferably, n is a sufficiently large prime number and a is a primitive root, also referred to as a generator, of the quotient (Z / nZ) * group with multiplication, the null value of which is excluded. In this case, the multiplicative factor q can successively take n-1 values that are all different: a ° [n] = l, al [n] = a, a2 [n], ..., an-2 [n] . These values of q are then sufficiently numerous to produce an efficient spread for the parasitic contribution RP. This spreading can make it possible to reduce the number of successive time windows during which the detection and analysis of the backscattered signal R are repeated, to separate the useful contribution RV from the parasitic contribution RP. This separation is effective even if the parasitic contribution RP is more intense than the useful contribution RV. For example, n may be equal to 173 and a may be equal to 11 or 17, or n may be equal to 317 and a may still be equal to 17. For the figures which are presented later in this description, and to obtain As a clear illustration of the principle of the invention, n is taken to be equal to 7 and equal to 3, 3 being a primitive root of the multiplicative quotient-group (Z / 7Z) *. The values of the power factor p and those of the multiplicative factor q form two sequences which are repeated with a duration of period equal to 6 × Tmod. In general, the duration Tmoa of the time slots of the modulation is chosen so that its inverse 1 / Tmoa belongs to the radio frequency (RF) domain. The heterodyne detection that is performed by the mixing-detection unit 11 then comprises an RF demodulation step. In the first embodiment of the invention which is now described, with reference to FIGS. 2a and 2b, the phase characteristic Cphase which is modulated in the manner just described, is the frequency f. Thus, the invention introduces a frequency modulation for the optical wave of the transmission signal SE. In this case, the relation (1) becomes: Af = Èfoxq (1 ') 15 where Afo is a fixed frequency increment. For example, Afo can be of the order of 10-8xf, f being the frequency of the optical wave OL that is produced by the laser oscillator 1. The diagram of Figure 2a shows, as a function of time noted t , the respective frequency offsets of the reference signal SRef on the one hand, the useful contribution RV to the backscattered signal R which is produced by the content of the target volume V on the other hand, and the parasitic contribution RP at the same backscattered signal R furthermore, such that these offsets are synchronized for the heterodyne detection. The frequency of the useful contribution RV is modulated at each instant like that of the reference signal SRef, with a difference AfDoppler 25 with respect thereto which corresponds to the Doppler effect which is caused by the displacement of the content of the target volume. V. In contrast, the frequency of the parasitic contribution RP is modulated as the reference signal SRef, but with a delay which is equal to the additional propagation time for the parasitic contribution RP. This additional propagation time is 2 x Ad / C, and is taken as 2 • Tmod for Figures 2a and 2b, for illustrative purposes. In addition, it has been assumed for these figures that the parasitic contribution RP did not exhibit a Doppler effect due to a displacement of the parasitic source P. However, such a displacement of the parasitic source P does not modify the effectiveness of the invention to isolate the useful contribution RV. The diagram of FIG. 2b shows, again as a function of time t, the beat frequencies which appear during the heterodyne detection for the useful contribution RV and for the parasitic contribution RP. It corresponds to the frequency offsets Af which are indicated in FIG. 2a. These beat frequencies correspond to the difference at each instant between the respective frequencies of the useful contribution RV and of the reference signal SRef on the one hand, and between the respective frequencies of the parasitic contribution 1 o RP and of the reference signal SRef on the other hand. They can be determined numerically. For the useful contribution RV, the frequency of the beat is constant over the entire duration of the measurement cycle, and is equal to Afpopp, er. Thanks to the invention, the frequency of the beat for the parasitic contribution RP takes the values -3 x Afo, -2 x Afo, - Afo, + Afo, +2 x Afo and +3 x Afo, in an order that depends on of n, of a and the order of the values of the power factor p. The order of the successive values of the beat frequency for the parasitic contribution RP has no measurement information function. Thus, when the heterodyne detection signal SRF is spectrally analyzed, the parasitic contribution RP is scattered on the frequencies -3 × Afo, -2 × Afo,-Afo, + Afo, 20 + 2 × Afo and + 3 × Afo, then that the useful contribution RV remains concentrated in Afoopp, er. The latter therefore appears with a preponderant amplitude in the result of the accumulation. It is isolated and then analyzed in the usual way to obtain the velocimetric or vibrometric measurement result. This embodiment of the invention by modulation of the frequency is particularly suitable for measuring an airspeed. It can then be implemented on board an aircraft, in particular to provide a reference measurement of the wind speed. In particular, the wind speed can thus be measured at more than 400 m (meter) from the aircraft, so that the air flow in the target portion V, at the origin of the result of the measurement , is not disturbed by the movement of the aircraft itself. For this, the individual duration Tmoa modulation time slots can be between 0.2 ps (microsecond) and 10 microseconds. For example, Tmoa can be taken as 2 μs, which makes it possible to separate in the backscattered signal R the useful contribution that comes from a selected distance with respect to parasitic contributions which come from other, different distances. more than 300 m from the selected distance. In such an anemometric measurement application, the objects at the origin of the useful contribution RV are dust or droplets which are located within the target volume V. Their contribution RV to the backscattered signal R can then be considerably less intense than a parasitic contribution RP of a cloud farther away, but which is also situated in the pointing direction P. Thanks to the invention, the useful contribution RV can nevertheless be separated and analyzed in order to deduce an accurate measurement of the wind speed at the distance that is selected from the aircraft. In the second embodiments of the invention which are described below, the phase characteristic Cphase which is modulated according to the invention is the initial phase (for example, the optical wave of the transmission signal SE is modulated in phase by the invention, and the relation (1) becomes: L p = A ~ Poxq (1 ") where A90 is the initial phase fixed increment Preferably, this fixed increment A90 is taken equal to 2 • rr / n, so that the modulation produces a maximum spread of the parasitic contribution RP.
Les figures 3a et 3b sont obtenues de la même façon que les figures 2a et 2b, de sorte que l'Homme du métier comprendra l'illustration correspondante de l'invention sans qu'il soit nécessaire de répéter le mode d'obtention de ces figures. De nouveau, la durée de chaque fenêtre temporelle du découpage d'analyse est plus longue que celle de chaque créneau temporel de la modulation, cette modulation portant maintenant sur la phase initiale (p. L'effet Doppler de la contribution utile RV apparaît maintenant comme un décalage de phase supplémentaire, qui croît linéairement et qui s'ajoute au décalage Ècp de la modulation de la phase initiale pour la contribution utile RV. AfDoppler est alors la pente de la variation de Lcp à l'intérieur de chaque créneau temporel de modulation. Afin d'obtenir une mesure constante de l'écart de phase qui est produit par l'effet Doppler, notamment à la fin de chaque fenêtre temporelle du découpage d'analyse, il est préférable que la durée individuelle 2952722 -18- Tmod des créneaux temporels de modulation soit un diviseur de la durée de la fenêtre temporelle du découpage d'analyse, qui est notée TdéC. Le signal de détection hétérodyne SRF est d'abord démodulé par rapport aux sauts de phase initiale, puis analysé spectralement. Lors de cette analyse spectrale, la 5 contribution utile RV n'est pas atténuée, alors que la contribution parasite RP est combinée avec une fonction de sinus cardinal au carré, dont la largeur est égale à 1 /Tmod. Ainsi, ce type de modulation de phase produit encore une dispersion spectrale, sélectivement pour la contribution parasite RP. Les résultats de cette analyse spectrale pour les fenêtres successives de 10 découpage temporel sont cumulés pour isoler la contribution utile RV, puis l'analyse d'effet Doppler fournit le résultat de la mesure vélocimétrique ou vibrométrique. Un tel mode de mise en oeuvre de l'invention par modulation de phase est particulièrement adapté pour mesurer en laboratoire une vitesse 15 d'écoulement. Elle permet en effet de distinguer efficacement la contribution de l'écoulement dans le signal rétrodiffusé R qui est recueilli, par rapport à une contribution de réflexion du signal d'émission qui est produite par une paroi fixe d'arrière-plan. Enfin, dans une variante de la mise en oeuvre de l'invention par 20 modulation de phase, la durée individuelle Tmod des créneaux temporels de modulation est supérieure à la durée individuelle TdéC de la fenêtre temporelle du découpage d'analyse. Le signal de détection hétérodyne SRF, démodulé par rapport aux sauts de phase initiale, est d'abord découpé en segments qui correspondent aux fenêtres temporelles. Ces segments sont ensuite 25 accumulés, c'est-à-dire additionnés les uns aux autres, sur toute la durée du cycle de mesure. Cette accumulation est constructive pour la contribution utile RV et destructive pour la contribution parasite RP. De préférence, la durée individuelle Trima des créneaux temporels de modulation est un multiple de la durée individuelle TdéC de la fenêtre temporelle du découpage d'analyse.FIGS. 3a and 3b are obtained in the same way as FIGS. 2a and 2b, so that the person skilled in the art will understand the corresponding illustration of the invention without it being necessary to repeat the method of obtaining these FIGS. Again, the duration of each time slot of the analysis division is longer than that of each time slot of the modulation, this modulation now bearing on the initial phase (p The Doppler effect of the useful contribution RV now appears as an additional phase shift, which increases linearly and which is added to the offset Ècp of the modulation of the initial phase for the useful contribution RV AfDoppler is then the slope of the variation of Lcp within each modulation time slot In order to obtain a constant measurement of the phase difference which is produced by the Doppler effect, in particular at the end of each time slot of the analysis division, it is preferable that the individual duration 2952722 -18- Tmod of time slots of modulation is a divisor of the duration of the time window of the analysis division, which is denoted TdéC .The heterodyne detection signal SRF is first demodulated by r compared to the initial phase jumps, then analyzed spectrally. In this spectral analysis, the useful contribution RV is not attenuated, while the parasitic contribution RP is combined with a cardinal sinus squared function whose width is equal to 1 / Tmod. Thus, this type of phase modulation still produces a spectral dispersion, selectively for the parasitic contribution RP. The results of this spectral analysis for the successive time division windows are accumulated to isolate the useful contribution RV, then the Doppler effect analysis provides the result of the velocimetric or vibrometric measurement. Such a mode of implementation of the invention by phase modulation is particularly suitable for measuring a flow rate in the laboratory. It effectively distinguishes the contribution of the flow in the backscattered signal R which is collected, with respect to a reflection contribution of the emission signal which is produced by a fixed background wall. Finally, in a variant of the implementation of the invention by phase modulation, the individual duration Tmod of the modulation time slots is greater than the individual duration Tdc of the time window of the analysis division. The heterodyne detection signal SRF, demodulated with respect to initial phase jumps, is first cut into segments corresponding to the time windows. These segments are then accumulated, i.e., added together, over the entire measurement cycle. This accumulation is constructive for the useful contribution RV and destructive for the parasitic contribution RP. Preferably, the individual duration Trima of the modulation time slots is a multiple of the individual duration Tdec of the time window of the analysis division.
30 Autrement dit, Tmod = z x Tdéc, où z est un nombre entier strictement positif. En effet, la phase initiale est alors constante à l'intérieur de chaque fenêtre temporelle. Dans ce cas, l'accumulation de toutes les valeurs de la phase initiale cp pour la contribution parasites RP est égale à ûz, alors que la même 2952722 -19- accumulation pour la contribution utile RV est égale à z x (n-1). Pour cette variante de mise en oeuvre, l'invention produit plutôt une atténuation de la contribution parasite RP, plutôt qu'une dispersion spectrale de celle-ci. L'analyse spectrale puis l'analyse d'effet Doppler sont effectuées finalement 5 sur le résultat de l'accumulation, pour obtenir le résultat de la mesure vélocimétrique ou vibrométrique. Il est entendu que l'invention peut être appliquée en introduisant des adaptations par rapport aux modes de mise en oeuvre qui ont été décrits en détail ci-dessus. En particulier, la modulation qui est introduite par l'invention 10 peut être appliquée à une onde optique qui est continue comme cela a été décrit, ou bien qui est produite sous forme d'impulsions successives. En outre, l'invention peut être utilisée non seulement pour réaliser une mesure de vitesse du contenu du volume-cible, mais aussi pour mesurer d'autres caractéristiques vélocimétriques ou vibrométriques, telles qu'une largeur de distribution de 15 vitesse, une fréquence de vibration, une amplitude de vibration, etc. In other words, Tmod = z x Tdec, where z is a strictly positive integer. Indeed, the initial phase is then constant within each time window. In this case, the accumulation of all the values of the initial phase cp for the parasitic contribution RP is equal to ,z, whereas the same accumulation for the useful contribution RV is equal to z x (n-1). For this implementation variant, the invention produces rather an attenuation of the parasitic contribution RP, rather than a spectral dispersion thereof. The spectral analysis and then the Doppler effect analysis are finally performed on the result of the accumulation, to obtain the result of the velocimetric or vibrometric measurement. It is understood that the invention can be applied by introducing adaptations with respect to the embodiments which have been described in detail above. In particular, the modulation introduced by the invention can be applied to an optical wave which is continuous as described, or which is produced as successive pulses. Furthermore, the invention can be used not only for speed measurement of the target volume content, but also for measuring other velocimetric or vibrometer characteristics, such as a speed distribution width, a frequency of vibration, amplitude of vibration, etc.